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聚乳酸/MoS2/碳纳米管复合材料的增强热性能

点击次数:144  发布时间:2020-11-27

聚乳酸/MoS2/碳纳米管复合材料的增强热性能

【引言】

传统石油基商品树脂在各种应用中的大量使用,导致其生态足迹不可避免地上升。为了抵消这种影响,人们开发了各种新型的环保可生物降解聚合物。聚乳酸具有生物可降解性、低温室气体排放和低产能等优点,目前已成为传统高分子材料的主要替代材料之一。

【成果介绍】

本研究利用金属氧化物(MxOy)纳米颗粒对少层二硫化钼(MoS2)进行功能化处理,在化学气相沉积(CVD)过程中作为碳纳米管(CNT)生长的催化剂。所制备的MoS2/MxOy/CNT功能化纳米材料用于聚乳酸(PLA)的阻燃应用。采用双螺杆挤出机对复合材料进行了挤出,并对复合材料的质量分数进行了研究。对所得复合材料进行了完整的形貌表征,并详细分析了所获得的复合材料相对于原始PLA和含有复合材料添加剂的PLA的防火性能。添加MoS2/MxOy/CNT的样品在热解过程中的二氧化碳(CO)排放量比原始PLA减少了90%以上。微型燃烧量热测试显示,与原始聚乳酸相比,关键参数有所降低。采用激光闪光装置(XFA300,Linseis)测量了样品的热导率。结果分析表明,复合材料样品的热导率比原始PLA提高了65%。这些结果证明,碳纳米管修饰的MoS2等少层二维纳米材料可以有效地用作PLA的阻燃材料。

【图文导读】

图1:少层MoS2的TEM(A)、AFM(B)图像及AFM(C)高度剖面分析。

图2:MoS2/Co2O3(A-C)、MoS2/Fe2O3(D-F)和MoS2/Ni2O3(G-I)纳米颗粒的TEM图像。

图3:MoS2/Co2O3/CNT(A-C)、MoS2/Fe2O3/CNT(D-F)和MoS2/Ni2O3/CNT(G-I)纳米颗粒的TEM图像。

图4:PLA复合材料的TGA曲线与原始PLA的比较。

图5:PLA复合材料的CO排放与原始PLA的比较。

 

图6:原始PLA和PLA复合材料的HRR曲线示例。

 

【结论】

为了提高PLA的防火性能,采用双螺杆挤出共混法制备了少层MoS2和MoS2/MxOy/CNT纳米材料,并将其引入PLA复合材料中。热重分析显示,含有0.5 wt%的少层MoS2和2 wt%的MoS2/Co2O3/CNT样品的Tmax值分别降低了40°C和65°C。由于添加了几层MoS2,观察到形成了烧焦残渣层,在含有1 wt%MoS2的样品的燃烧过程中,CO排放减少了近70%。通过将MoS2/Fe2O3/CNT引入PLA基体中,CO排放量降低了90%以上。MCC分析表明,MoS2和MoS2/Fe2O3/CNT复合材料性能好,而MoS2/Co2O3/CNT和MoS2/Ni2O3/CNT复合材料在PLA主燃烧前表现出强烈的二级效应,并且在0.5 wt%和1 wt%的FR下表现出阻挡层的不稳定性。所有复合材料的热导率都比原始PLA提高,当复合材料中添加2%的由于碳纳米管的存在,MoS2/Fe2O3/CNT。综上所述,引入少层MoS2和CNT功能化的MoS2纳米材料在降低PLA的火灾危险性方面显示出良好的潜力,这将有助于理论研究和实际应用。

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